(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車状物品の表面から突出する１以上の個別の突起の環状領域を有する歯車状物品を加熱するための電気誘導加熱装置であって、
少なくとも一部が前記１以上の個別の突起の前記環状領域の半径方向外側領域と対向する面を有する外側コイル部であり、外側端部と内側端部とを有し、前記１以上の個別の突起の前記半径方向外側領域を誘導加熱するように配置された外側コイル部、
少なくとも一部が前記１以上の個別の環状領域の半径方向内側領域と対向する面を有する内側コイル部であり、外側端部と内側端部とを有し、前記１以上の個別の突起の前記半径方向内側領域を誘導加熱するように配置された内側コイル部、及び
前記外側コイル部の前記内側端部と前記内側コイル部の前記内側端部との間に接続された移行コイル部であり、前記１以上の個別の突起の前記環状領域の横切り領域に対向する移行コイル部面を有し、前記１以上の個別の突起の前記横切り領域を誘導加熱する移行コイル部、
を備えた少なくとも一巻きの誘導コイルと、
前記外側コイル部の前記外側端部と前記内側コイル部の前記外側端部との間に接続された交流電源と
を備えることを特徴とする電気誘導加熱装置。
【請求項２】
前記移行コイル部は、前記１以上の個別の突起の前記横切り領域における長さを少なくとも部分的に横切るように、前記歯車状物品に関連して配置されている請求項１に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項３】
前記歯車状物品を回転させるための手段を更に備える請求項１又は２に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項４】
前記外側コイル部及び内側コイル部がアーチ形状を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項５】
前記１以上の個別の突起の前記半径方向外側及び内側領域を横切る誘導加熱パターンを得るために前記外側コイル部と前記内側コイル部の長さ及び幅が異なる請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項６】
前記外側コイル部の幅が前記内側コイル部の幅よりも小さい請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項７】
前記歯車状物品の中心軸から突出する前記１以上の個別の突起の内側境界よりも前記内側コイル部の内側境界が大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項８】
前記歯車状物品の中心軸から突出する前記１以上の個別の突起の外側境界よりも前記外側コイル部の外側境界が大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項９】
前記外側コイル部が前記１以上の個別の突起の前記環状領域に隣合う前記歯車状物品のエッジから突き出ている請求項８に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一巻きの誘導コイルの外側コイル部又は内側コイル部の少なくとも一方が、断面方向にプロファイルされる請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１のコイル部の周囲に少なくとも部分的に延びる、少なくとも１の磁束コンセントレータを更に備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項１２】
前記外側コイル部の面又は内側コイル部の面のいずれか一方の面と前記１以上の個別の突起の環状領域の対向する半径方向外側又は内側領域との間に形成されたギャップ距離が、前記外側コイル部の面又は内側コイル部の面の他方の面と前記１以上の個別の突起の環状領域の対向する半径方向外側又は内側領域との間に形成されたギャップ距離と異なる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一巻きの誘導コイルの前記外側コイル部、内側コイル部又は移行コイル部の少なくとも１のコイル部を通る少なくとも１の冷却媒体通路を更に備える請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項１４】
前記外側コイル部、内側コイル部及び移行コイル部が取り付けられるベースを更に備える請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項１５】
前記ベースが、クエンチャントチャンバに焼き入れ液を供給するための少なくとも１の焼き入れ液入口を備える焼き入れ液チャンバを有し、前記少なくとも一巻きの誘導コイルの前記外側コイル部、内側コイル部又は移行コイル部の少なくとも１のコイル部が前記１以上の個別の突起の誘導加熱される半径方向外側領域、半径方向内側領域及び移行領域に焼き入れ液を送るための複数の焼入れ液出口を有する請求項１４に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項１６】
前記歯車状物品が交差軸歯車又は非交差及び非平行軸歯車であり、前記１以上の個別の突起が歯車歯である請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電気誘導加熱装置。
【請求項１７】
歯車状物品の表面から突出する１以上の個別の突起を誘導加熱する方法であって、
前記１以上の個別の突起を有し、少なくとも一巻きの誘導コイルと対向する歯車状物品を回転させ、前記誘導コイルが、少なくとも一部が前記１以上の個別の突起の環状領域の半径方向外側領域と対向する面を有する外側コイル部であり、外側端部と内側端部とを有し、前記１以上の個別の突起の前記半径方向外側領域を誘導加熱するように配置された外側コイル部、少なくとも一部が前記１以上の個別の環状領域の半径方向内側領域と対向する面を有する内側コイル部であり、外側端部と内側端部とを有し、前記１以上の個別の突起の前記半径方向内側領域を誘導加熱するように配置された内側コイル部、及び前記外側コイルの前記内側端部と前記内側コイル部の前記内側端部との間に接続された移行コイル部であり、前記環状領域の横切り領域に対向する移行コイル部面を有し、前記１以上の個別の突起の前記横切り領域を誘導加熱する移行コイル部を備えており、
前記１以上の個別の突起を誘導加熱し、前記１以上の個別の突起と結合される磁束場を生成するために、前記外側コイル部の外側端部と及び内側コイル部の外側端部への交流電源を接続すること
を含む方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一巻きの誘導コイルの前記外側コイル部、内側コイル部又は移行コイル部の少なくとも１のコイル部に内部冷却媒体を供給するステップを更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一巻きの誘導コイルの前記外側コイル部、内側コイル部又は移行コイル部の少なくとも１のコイル部に設けられた複数の焼き入れ液開口部を介して前記１以上の個別の突起に焼き入れ液を供給するステップを更に含む請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
余熱電力レベルにおける余熱時間の一連の段階的減少により、前記１以上の個別の突起を誘導加熱するステップを更に含み、前記余熱時間の段階的減少のそれぞれは段階的に増加する浸漬時間の後に続き、
前記余熱電力レベルにおける余熱時間の前記一連の段階的減少に続く最終加熱電力レベルにおいて、少なくとも１の最終加熱時間により前記１以上の個別の突起を誘導加熱し、前記少なくとも１の最終加熱時間は、任意の前記余熱時間よりも実質的に短く、前記最終加熱電力レベルは、前記余熱電力レベルよりも大きい、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記余熱時間の一連の段階的減少は４つの段階的に減少する余熱時間を含み、
最終の予備加熱時間は最初の予備加熱時間の半分であり、
前記段階的に増加する浸漬時間は４つの段階的に増加する浸漬時間を含み、
最終の浸漬時間は最初の予備加熱時間の約２倍であり、前記少なくとも１の最終加熱時間は前記最初の余熱時間の約０．０２５倍であり、前記最終加熱電力は前記予備加熱電力レベルの約５．４倍である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
物品の表面から突出する１以上の個別の突起の環状領域を有する歯車状物品を加熱するための電気誘導加熱装置であって、
少なくとも一部が前記１以上の個別の突起の前記環状領域の半径方向外側領域と対向する面を有する外側コイル部であり、外側端部と内側端部とを有し、前記１以上の個別の突起の前記半径方向外側領域を誘導加熱するように配置された外側コイル部、
少なくとも一部が前記１以上の個別の突起の前記環状領域の半径方向内側領域と対向する面を有する内側コイル部であり、外側端部と内側端部とを有し、前記１以上の個別の突起の前記半径方向内側領域を誘導加熱するように配置された内側コイル部、及び
前記外側コイル部の前記内側端部と前記内側コイル部の前記内側端部との間に接続された移行コイル部であり、前記１以上の個別の突起の前記環状領域の横切り領域に対向する移行コイル部面を有し、前記１以上の個別の突起の前記横切り領域を誘導加熱し、前記１以上の個別の突起の長さを少なくとも部分的に横切るように前記歯車状物品と関連して配置された移行コイル部
を備えた少なくとも一巻きの誘導コイルと、
前記外側コイル部の外側端部と前記内側コイル部の外側端部との間に接続された交流電源と、
前記歯車状物品を回転させる手段と
を備えることを特徴とする電気誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、導電性の歯車及び歯車状の物品の電気誘導加熱処理に関し、特に、そのような歯車及び歯車状物品の表面焼入れ又は表面硬化のための加熱処理に関する。
【０００２】
本願は、２００７年７月２１日出願の米国仮出願第６０／９５１，２００号の優先権を主張し、その全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
電気誘導加熱は、歯車（ギア）及び歯車状物品を含む導電性のワークピースの加熱処理に用いられる。歯車は、平行軸歯車、交差軸歯車及び非交差（非平行）軸歯車として特徴づけられる。言及される軸は歯車の中心軸であり、ピニオン又は歯車に連結されている。例えば、相互に作用し合う２つの平歯車は平行軸を有しているため、平歯車は平行軸歯車の一種である。平行軸歯車は更に、図１（ａ）及び図１（ｂ）の平歯車１０２によって示されるように、半径方向外側に向いた歯によって特徴づけられる。平行軸歯車の歯部は、それを取り囲む誘導コイル１００内に歯車を配置することにより、誘導加熱処理され得る。誘導コイルに適当な交流（ＡＣ）電源が印加されると、歯車は、図１（ａ）及び図１（ｂ）において過電流１０４及び１１０の典型的な等電位線によってそれぞれ示されるインダクタを流れる交流電流の流れによって規定される磁束場との電磁結合により誘導的に加熱される。
【０００４】
供給電流の電気的周波数は、歯車内を流れる過電流と熱による分布に顕著な効果をもたらす。基本的には単数巻又は複数巻のソレノイド・コイルを用いて単一周波数の電流だけにより歯先を硬化する必要がある場合には、比較的高い周波数（例えば３０ｋＨｚから４５０ｋＨｚ）及び高い電力密度が印加される。例えば図１（ａ）を参照のこと。比較的高い周波数の電流（電力）がコイル１００に印加される場合、歯車１０２における過電流誘導加熱は、代表的な加熱プロファイル線１０４に示されるように歯車の外形に沿って起こる。電流密度の最も高い濃度は歯の先端１０６となるため、先端１０６は根１０８に比べて余剰電力となる。歯の先端１０６が根１０８に比べて加熱される金属量が最小であることを考慮すれば、先端は、全体の加熱サイクルに対して最も激しい温度上昇を経験するであろう。また、熱的観点から、歯車根の下の金属量は、歯先に比べてずっと大きな熱減少（heat sink）を示す。歯先をより集中的に加熱することを助長する別の要因は、根に比べて誘導コイルと歯先との間の電磁近接効果による良好な電磁結合を取り扱うことである；すなわち高周波であるほど近接効果をより顕著にする傾向にある。歯の根１０８を誘導的に硬化する場合は、比較的低い周波数（例えば５０Ｈｚから２０ｋＨｚ）が好ましい。低周波数では、高周波に比べて過電流の侵入深さがずっと大きい。微細なピッチ及び中間ピッチの歯車を加熱する場合、低周波の誘導電流にとって、パスを短くして、歯のプロファイルに従う代わりにベースサイクルか歯車の根線に従わせることはずっと容易である。例えば図１（ｂ）及び代表的な加熱プロファイル線１１０を参照のこと。結果は、歯の先端に比べて歯の隅肉領域（ルートフィレット領域）のより集中的な過熱である。典型的には、歯車歯（先端から根まで）のプロファイルに従う硬化パターンを与えるために、歯車の余熱が必要である。歯車形状に応じて、余熱は大抵、中間又は低周波数（例えば２０ｋＨｚ以下）を用いることにより達成される。最終段階において高周波数（例えば３０ｋＨｚから４５０ｋＨｚ）が印加される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交差軸歯車及び非交差（非平行）軸歯車の電気誘導硬化は、例えば根を含む歯の外形、ピッチ及びフェース角、歯の高さ、歯の隅肉領域及びフェース幅等の歯車歯の特性が、歯車の特定の利用により変化し得ることに関して技術的課題を提供する。そのような歯車の典型的な例証は、ストレートベベル、スパイラルベベル、ゼロベベル及びハイポイド歯車に関しては、Ｊ．Ｒ．デイビス編集、デイビス・アンド・アソシエイツ、ＡＳＭインターナショナル出版、マテリアルズ・パーク、オハイオ、２００５「歯車材料、特性及び製造（Gears Materials, Properties, and Manufacture）」の図１３参照；らせん状の歯車設計の典型例については同書の図１８参照；及び典型的なフェース歯車用語については同書の図１５を参照のこと。本書の図３（ｃ）は、典型的な歯車歯用語を確認する。
【０００６】
本発明の目的の１つは、歯車歯部分のための誘導加熱温度プロファイル及び硬さパターンの均一性及び再現性を良くするための交差軸及び非交差（非平行）軸歯車の歯部分の誘導加熱処理装置及び方法を提供する。
【０００７】
本発明の別の目的は、歯車及び歯車状物品の加熱処理のための誘導加熱システムのロバスト性（ロバストネス）を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一側面において、物品の表面から突出する１以上の個別の（分離した）突起を有する歯車状物品、例えば歯車の選択されたタイプの歯車歯等を電気誘導加熱するための装置及び方法である。少なくとも１のシングルターン（単数巻）誘導コイルは、少なくとも１の外側コイル部、少なくとも１の内側コイル部、及び外側コイル部及び内側コイル部のそれぞれの隣接する端部を繋ぐ少なくとも１の移行コイル部を備える。物品が誘導コイルの近くで回転し、少なくとも１個のシングルターン（単数巻）誘導コイルに交流が供給される場合に、外側コイル部は、一般的に物品の１以上の個別の突起の外側環状領域を誘導的に加熱するために配置され、内側誘導コイル部は、一般的に１以上の個別の突起の内側環状領域を誘導的に加熱するために配置される。物品が回転するとき、移行部は、物品の表面から突出する１以上の個別の突起の長さを少なくとも部分的に横切るように配置される。物品の表面から突出する１以上の個別の突起が、シングルターン（単数巻）誘導コイルの下で交流電流をコイルに供給した状態で回転するとき、歯車のような物品は誘導的に加熱される。
【０００９】
本発明の例では、歯車状物品は、交差軸歯車又は非交差歯車及び非平行軸歯車であり、物品の表面から突出する１以上の個別の突起が歯車歯である。
【００１０】
本発明の上述の及び他の側面は、本明細書及び添付された請求項に詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付した図面は、以下に簡潔に要約されるが、これは本発明を例示的理解のために提供されるものであり、本明細書及び添付する請求項において更に詳しく説明される発明に限定されるものではない。
【００１２】
【図１（ａ）】従来の平行軸歯車の誘導加熱処理方法を示す。
【図１（ｂ）】従来の平行軸歯車の誘導加熱処理方法を示す。
【図２（ａ）】本発明に係る電気誘導加熱処理装置の一例を示す平面図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）に示す電気誘導加熱処理装置を図式的に示す斜視図である。
【図３（ａ）】本発明の電気誘導加熱処理装置で硬化され得る歯車のタイプの平面図及び（図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った）断面図である。
【図３（ｂ）】本発明の電気誘導加熱処理装置で硬化され得る歯車のタイプの平面図及び（図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った）断面図である。
【図３（ｃ）】典型的な歯車歯用語を示す。
【図４（ａ）】図２（ａ）に示した誘導コイルの図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４（ｂ）】外側及び内側コイル部の双方の部分の下でワークピースの完全な回転がされる場合においてワークピースの重複誘導加熱領域を示す断面図である。
【図４（ｃ）】外側コイル部の張出し（突き出し）領域がワークピースの側面に沿って部分的に下方に伸びている、本発明に係る誘導コイルの別の例の断面図である。
【図５（ａ）】本発明に係る電気誘導加熱処理装置の別の例の平面図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）に示す電気誘導加熱処理装置の図５（ａ）のＣ−Ｃ先に沿った断面図である。
【図５（ｃ）】ワークピース及び関連する支持構造以外の図５（ｂ）に示す電気誘導加熱処理装置の図５（ｂ）のＤ−Ｄ方向に沿った断面図である。
【図６（ａ）】本発明に係る電気誘導加熱処理の過程の一例として適用された誘導パワーと消費されたエネルギースケジュールの一例をそれぞれ例証する。
【図６（ｂ）】本発明に係る電気誘導加熱処理の過程の一例として適用された誘導パワーと消費されたエネルギースケジュールの一例をそれぞれ例証する。
【図７（ａ）】予備加熱段階の進行に対する浸漬段階の持続時間の変化及び誘導余熱エネルギーレベルの変化の一例を示す。
【図７（ｂ）】予備加熱段階の進行に対する浸漬段階の持続時間の変化及び誘導余熱エネルギーレベルの変化の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る電気加熱処理装置の非限定的な例は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に図式的に例証される。誘導コイル１０は、３つのコイル部、すなわち、外側コイル部１２、移行コイル部１４、および内側コイル部１６を備える（各部は図２（ａ）で異なる角度の断面ハッチで示されている）。図中に示すように、その装置で誘導的に加熱されるワークピースの中心軸Ｚrに関し、外側コイル部は半径方向に内側コイル部よりも軸Ｚrから離れて配置されており、図２（ａ）と図２（ｂ）に示すように、移行コイル部が外部コイル部及び内部コイル部の端部を結合させている。この端部は、外側コイル部及び内側コイル部の内側端部と呼ぶことができる。外側コイル部及び内側コイル部の反対側の端部は、導体２０ａ及び２０ｂを介してＡＣ電源２０に接続される。この端部は外側コイル部及び内側コイル部の外側端部と呼ぶことができる。
【００１４】
誘導コイル１０は、図２（ｂ）に図式的に示されるように、ベース要素１０ａを任意に含むことができ、その上に外側コイル部、内側コイル部及び移行コイル部が形成される。ベース要素は、任意的に電気的導電性であっても非導電性であってもよく、後により詳しく説明する焼き入れ（ｑｕｅｎｃｈ）システムの部品用のスペースを与える等の、補助的機能を果たし得る。
【００１５】
一例としては、制限はされないが、本発明に係る電気加熱処理装置は、特に、交差軸歯車又は非交差（非平行）軸歯車の歯車歯部分により表されるワークピースの誘導加熱処理に適しており、例えば制限はされないが、ストレートベベル、スパイラルベベル、ゼロベベル、ハイポイド及びらせん状歯車などのようなものがあり、これらは図３（ａ）及び図３（ｂ）の歯車９０に対して断面ハッチ部分９０ａで図式的に表される、環状、円錐ピッチ、歯部分を有するワークピースとして一般化される。一般的には、これらの種類の歯車は、歯の外形の差異によって区別され、歯の外形は根、ピッチ、面角、歯の高さ、歯の隅肉部分及び面幅を含み、これらは歯車の特定の種類及び適用により変化する。下記に更に詳しく説明するが、本発明の電気誘導加熱処理装置は、歯車面の幅と同様に、歯角、歯高及び／又は歯隅肉部のような変化とともに実質的に均一な歯車歯硬化を達成するために特に有利である。
【００１６】
典型的であるが非限定的な配置では、図２（ａ）と図２（ｂ）に示される誘導コイル１０は、反転され、歯車歯部分を誘導コイルと対向させた状態で誘導コイルの下にワークピース９０が配置される。誘導コイルのそれぞれの部分の面は、ここでさらに説明されるように、１以上の個別の突起の部分と対向する。ワークピースは、以下でさらに説明されるように回転する。
【００１７】
外側コイル部及び内側コイル部１２、１６は、加熱処理されるワークピースの一部の形状と適合するように、そして特定の誘導加熱処理プロファイルを達成するように、アーチ形状又はその他の形状であり得る。ワークピース９０は、一般的には歯車と呼ばれるが、ワークピースの１以上の要素がワークピースの表面から突出する歯車の表面から突出する歯車と似た（必ずしも１以上の要素のそれぞれが対称又は類似である必要はないが）歯車状物品でもあり得る。例えば、図３（ｂ）に示すように、歯車歯領域９０ａは表面９０ｅから突出する。外側コイル部及び内側コイル部の長さＬocs、Ｌicsは、図４（ａ）の幅Ｗocs、Ｗicsと同様に、ワークピースの表面か部分を横切る誘導加熱分布パターンを制御するためにそれぞれ選択され得る。
【００１８】
本発明の好ましくは、非限定的な例では、移行コイル部は、誘導的に加熱された歯車歯領域で引き起こされた、歯車歯の根に熱を引き起こす過電流が、一般的には歯車の歯の長さを横切る方向に流れるように向けられる。一般的には、これは、図２（ａ）に例示的な歯車歯９０ｂとして図中に図式的に示されるような、歯車歯の面幅９０ｂ‘の長さを少なくとも部分的に横切るようにカットするように、移行コイル部の長さを向けることによって達成される。
【００１９】
内側コイル部１６の内側境界ｒicsは、典型的にはワークピース９０の歯部分の内側半径方向境界ｒ‘wpよりも大きく、それがワークピースの歯部分の誘導加熱分布を助ける。これは、内側境界（電磁リング効果による）近くのワークピースのオーバーヒートを防ぎ、同じ領域において過度の加熱処理硬化深さとなるのを防ぐ。
【００２０】
外側コイル部１２の外側境界ｒocsは、典型的にはワークピース９０の外側半径方向境界ｒwpよりも大きく、それがワークピースの歯部分の誘導加熱分布を助ける。これは、その外側境界（電磁端効果による）近くのワークピースの加熱不足を防ぎ、同じ領域において減少した加熱処理硬化深さとなるのを防ぐ。
【００２１】
部分幅の比（例えば図４（ａ）に示すような外側コイル部の平均幅ｗocsに対する内側コイル部の平均幅ｗicsの比率で定義される）を変えることにより、ワークピースの外側及び内側境界領域間の誘発熱の制御分布が助長される。望ましくは、制限はされないが、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図４（ａ）の本発明の誘導コイル１０の例に示されるように、外側コイル部の幅は内側コイル部の幅よりも小さい。図４（ａ）はまた、外側コイル部１２がワークピース９０のエッジに距離ＯＨocsだけ突き出た（張り出した）様子を示している。更に、ＡＣ電流がコイルに印加されてワークピース９０が誘導コイル１０の下で回転する際に、図４（ｂ）の断面図で示される外側及び内側コイル部の半径方向オーバーラップＯＬから恩恵を受ける歯車歯部分の環状部９０ｄ、及び外側及び内側コイル部の下の最も広い半径方向湾曲部で一般的に表される図２（ａ）の波線がある。
【００２２】
図４（ｃ）は、本発明に係る電気誘導加熱装置に用いられる誘導コイル１０ａの他の一例を表しており、ここでは外側コイル部１２ａが、ワークピース９０のエッジ上から距離ＯＨocs突き出て（張り出して）おり、ワークピースのエッジに沿って部分的に下方に延びている。この任意的な配置は、歯車歯部分の外側エッジ又は誘導加熱される部分の外側エッジの誘導加熱を助ける。
【００２３】
図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、本発明に係る電気誘導加熱装置１１の別の例を表しており、ここでは、誘導加熱の後にワークピースを急速加熱するために、誘導コイルが液状媒体によって冷却され、任意的な焼き入れシステムが設けられる。誘導コイル１０ｃのベースの中に収納されたクエンチャント（焼き入れ液）チャンバを形成するために、エンクロージャ１１ａが設けられる。図５（ｃ）に異なる角度の断面ハッチで各部を最もよく示しているが、コイルは、外側コイル部１２ｃ、移行コイル部１４ｃ及び内側コイル部１６ｃを備える。ワークピース９０ｃは、コイルの部分の下に配置された歯車歯部分９０ｃ’（図式的に断面で示される）を有するハイポイド歯車（図５（ｂ）の断面図で示す）であってもよい。回転子８０は、ワークピース９０ｃを回転させる手段を提供し、この非制限的な例においては、ワークピース搭載構造８２及び搭載構造とワークピースの回転のために搭載構造に接続された出力シャフトを有する例えば電動機のような回転ドライバ８４を備える。クエンチャント入口４０は、クエンチャントの好ましい供給源が入口４０に接続される場合にクエンチャントチャンバ４２内に水等のクエンチャント媒体を流すための内部通路を提供する。コイル部を通って形成されたクエンチャント通路４４は、クエンチャントチェンバから通路出口４６へクエンチャントを流し、歯車硬化プロセス中にワークピース９０ｃにクエンチャントを噴霧することを可能にする。好適なＡＣ電源が電源端子２０ａ’、２０ｂ’に接続され、供給導体４９を解して誘導コイル１０ｃに供給される。この非制限的な例では、誘導コイル部は、好適な源から入口５２に供給される水等の冷却媒体によって冷却され、出口５４を通って装置外へ出る冷却媒体とともに底部又は誘導コイルの部の他の部分に埋設された、収納された環状の冷却チャンバ５０（図５（ｂ））に供給される。
【００２４】
図５（ｂ）に参照されるように、本発明の任意の例においては、外側コイル１２ｄに関して領域１２ｄ’’で示されるように、外側及び／又は内側コイル部のいずれかが断面方向にプロファイルされることができ、これにより、例えば、外側コイル部の内側領域が隣接する外側コイル部とワークピース９０ｃの隣接する表面間に、外側コイル部の外側領域における同じギャップよりも大きなギャップを有する。更に、外側及び内側コイル部のギャップは、望ましい誘導加熱要求に応じて異なる場合がある。また、図５（ｂ）に示されるのは、外側コイル部１２ｄの任意的な領域１２ｄ’’であり、これがワークピースのエッジに沿って部分的に下方に延びている。
【００２５】
本発明の上記の例では、シングルターン（単数巻）誘導コイルが示されているが、外側、移行及び内側コイル部を使った複数の単数巻コイルでも複数巻コイルでもよく、均一な回転コイル巻を使ったこれらの組み合わせを用いてもよい。さらに、単数巻コイルには、複数の外側、移行及び内側コイル部を用いても構わない。内側、外側及び移行コイル部は、特定の用途により変更されるであろう。「シングルターン（単数巻）誘導コイル」とは、コイルがここで別に説明するような外側、移行及び内側コイル部を備える限りにおいて、本発明の上記の例で示される中心軸の周囲を約３６０℃以下に広がるコイルを含む。
【００２６】
本発明に係る誘導コイルは、内側、外側及び移行コイル部に対して、銅等の単一の導電性材料から彫刻したもの、又は別々の部品を組み合わせたものとすることができる。例えば、誘導コイル１０ｃは、誘導コイルを作る部分の望ましい形状を達成するためにワークピースの領域を機械加工することによって、固体状の銅の環状のワークピースから形成することができる。本発明の代替的な例においては、誘導コイルの部分の全部未満に、内部冷却チャンバ又は通路を有することができ、誘導コイルの部分の全部未満にクエンチャント出口を有することができる。
【００２７】
本発明の例では、磁束をワークピースに向けるための磁束補正器がコイル部分の１つの周りに少なくとも部分的に位置決めされ得る。例えば、図４（ｂ）を参照するように、Ｕ形状の補正器が、外側コイル部１２の側面に沿って外側コイル部の少なくとも部分長さに対してその上部に位置付けされ得る。又は図４（ｃ）に参照されるように、Ｌ形状のコンセントレータが外側コイル部１２ａの突き出た（張り出した）側面に沿って外側コイル部の少なくとも部分長さに対してその上部に位置づけされ得る。
【００２８】
本発明の誘導加熱処理プロセスにおいては、ワークピースがインダクタの下で回転する間、２以上の加熱段階において最終温度へのワークピースの部分の加熱処理を行うことができる。典型的には、初期の加熱処理段階は、ワークピースを余熱するために１以上の中間加熱段階に従う。初期及び中間余熱段階の間は、比較的低い電力が印加される。これらの段階は、典型的には１以上の短い持続時間で、高電力で最終加熱段階に続く。余熱段階は、誘導電力がワークピースに全く印加されない浸漬段階に交代し、先の加熱段階の間に引き起こされた熱が、歯車歯部分に貫通（浸み込む）するのを許容する。本発明の誘導加熱処理装置により、エネルギー消費が余熱段階中に事前に達成可能に減少する間、浸漬段階の時持続時間は増加する。
【００２９】
そのようなプロセスの一例が図６（ａ）及び図６（ｂ）に示される。図６（ａ）に参照されるように、６０ｋＷの電力レベルが、毎分２５０回転の回転速度のワークピースに２４秒間印加される初期余熱段階Ｓ１；その後６秒間、ワークピースが毎分２５０回転の回転速度で回転し続ける間の浸漬段階ＳＫ１；毎分２５０回転の回転速度のワークピースに６０ｋＷの電力レベルが８秒間印加される第２余熱段階Ｓ２；その後９秒間、ワークピースが毎分２５０回転の回転速度で回転し続ける浸漬段階ＳＫ２；毎分２５０回転の回転速度のワークピースに６０ｋＷの電力レベルが４秒間印加される第３余熱段階Ｓ３、その後１０秒間、ワークピースが毎分２５０回転の回転速度で回転し続ける間の浸漬段階ＳＫ３；毎分２５０回転の回転速度のワークピースに６０ｋＷの電力レベルが３秒間印加される第４余熱段階Ｓ４、その後１２秒間、ワークピースが毎分２５０回転の回転速度で回転し続ける間の浸漬段階ＳＫ４である。浸漬段階ＳＫ４の後、高加熱段階Ｓ５で毎分５００回転の回転速度のワークピースに３５０ｋＷの電力レベルが０．５秒間印加される。この例では、余熱段階のためのＡＣ周波数は１５０ｋＨｚであり、最終加熱段階は１５０ｋＨｚであり、この非制限的な例において典型的なワークピースは外径が７．７５インチで内径が５．２５インチである。図７（ａ）は浸漬段階ＳＫ１から浸漬段階ＳＫ４へ進む浸漬段階の持続時間の増加を図式的に表す。図６（ｂ）は、図７（ｂ）が初期余熱段階Ｓ１から最終の余熱段階Ｓ４へ進む使用エネルギーの増加の傾向を図式的に表す間の、余熱段階（Ｅ１からＥ４）に使用されたエネルギーを図式的に示す。
【００３０】
望ましくは、最終加熱段階の間のワークピースの回転速度は、各歯車歯の少なくとも２つの回転を与える。
【００３１】
本発明の非制限的な例において、ワークピースが浸漬段階の間に回転される間に、本発明の他の例では、ワークピースは１以上の浸漬段階の少なくとも一部に対して静止し得る。
【００３２】
本発明の非制限的な例において、余熱及び最終加熱段階の間ワークピースの回転速度が異なり、本発明の他の例において余熱段階と最終加熱段階の間の回転スピードは同一とすることができる。
【００３３】
本発明の非制限的な例において、余熱段階及び最終加熱段階の間、単一の周波数が用いられ、本発明の他の例においては余熱段階及び最終加熱段階の間に異なる周波数が用いられ得る。例えば、単一の低周波数又は複数の低周波数が歯の根領域への改良された余熱を与えるために余熱段階に用いられることができる。
【００３４】
本発明の上記の非制限的な例において、同一の誘導コイルが余熱及び最終加熱に用いられ、本発明の他の例においては異なる誘導コイル、すなわち少なくとも特徴的な内側部、外側部又は移行部を少なくとも備える誘導コイル、及び／又は異なる供給電力特性が、１以上の余熱及び／又は最終加熱段階に用いられ得る。例えば、これらの段階に対して異なるコイルを使用することにより、ワークピースの歯車（ギア）面の選択された領域を異なる温度レベルで余熱することを促進する；すなわち歯車形状に対し、歯車面を横切る加熱温度勾配が最終加熱段階に先だつのが望ましい。異なる誘導コイルが用いられる場合、本発明の複数のステーション装置は各ステーション装置が異なる誘導コイルを含み、ワークピースがステーション間を移動する間に中間浸漬段階を全て又は一部において生じさせることができる。
【００３５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に図式的に示す本発明の比制限的な例は、順次的な電力印加段階及び非電圧印加（浸漬）段階を用いる間に、本発明の他の例は、時間とともに適切に制御された（例えば、電力大きさ及び／又は周波数バリエーションなど）連続的電力付加による類似の又は望ましい余熱が達成され得る。
【００３６】
本発明の上述の例においては、誘導コイルが静止した状態で保持される場合にワークピースが回転するが、本発明の他の例においては、ワークピースが静止した状態で保持される場合に誘導コイルが回転してもよいし、誘導コイルとワークピースの混合回転を用いても良い。
【００３７】
本発明の上記の例において、誘導コイルとワークピースの中心軸は実質的に一致し、本発明の他の例においては、誘導コイルの中心軸がワークピースの中心軸からオフセットされ得る。
【００３８】
本発明の上記の例は、単に説明の目的に提供するものであり、本発明を限定するものと解釈されるために用いられるものではない。本発明は様々な実施形態を参照して説明されるが、ここに使用された単語は単語の制限よりもむしろ説明及び例示のための単語である。本発明はここに特定の手段、材料、および実施形態を参照して説明されるが、本発明によってここに明らかにされた詳細に制限されることを意図しない。むしろ本発明はすべての機能上同等な構造、方法、および用途に拡張される。本明細書の示唆の利益を得た当業者は、その側面において本発明の範囲から逸脱せずに変更を行うことができるだろう。
【符号の説明】
【００３９】
１０、１００…誘導コイル
１１…電気誘導加熱装置
１２…外側コイル部
１４…移行コイル部
１６…内側コイル部
２０…ＡＣ電源
２０ａ…電源端子
５０…冷却チャンバ
９０…ワークピース
９０…歯車
【図１（ａ）−１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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